Een internationaal team van astronomen heeft het hart van een verre quasar met ongekende scherpte waargenomen: twee miljoen keer zo scherp als het menselijk oog. De waarnemingen, waarbij de Atacama Pathfinder Experiment (APEX)-telescoop (1) voor het eerst met twee telescopen op andere continenten werd verbonden, zijn een cruciale stap in de richting van het ambitieuze doel van het ‘Event Horizon Telescope’-project (2): het in beeld brengen van de superzware zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels als het onze.
Astronomen verbonden APEX in Chili met de Submillimeter Array (SMA) (3) op Hawaï (VS) en de Submillimeter Telescope (SMT) (4) in Arizona (VS). Dat resulteerde in de scherpste directe waarneming ooit (5) van het centrum van een ver sterrenstelsel: de heldere quasar 3C 279, die een superzwaar zwart gat bevat met een massa van ongeveer een miljard zonsmassa’s en zo ver weg staat dat zijn licht er vijf miljard jaar over heeft gedaan om de aarde te bereiken. APEX is een samenwerkingsproject van het Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), het Onsala Space Observatory (OSO) en ESO. APEX wordt beheerd door ESO.
De telescopen werden verbonden met behulp van een techniek die Very Long Baseline Interferometry (VLBI) wordt genoemd. Grotere telescopen kunnen scherpere waarnemingen doen, en interferometrie maakt het mogelijk om meerdere telescopen te laten samenwerken als één telescoop ter grootte van hun onderlinge afstand of ‘basislijn’. De scherpste VLBI-waarnemingen worden verkregen door de onderlinge afstand tussen de telescopen zo groot mogelijk te maken. Voor deze quasarwaarnemingen gebruikte het team de drie telescopen om een interferometer te maken met transcontinentale basislijnen van 9447 kilometer (Chili-Hawaï), 7174 kilometer (Chili-Arizona) en 4627 kilometer (Arizona-Hawaï). De deelname van APEX in Chili was cruciaal, omdat deze de langste basislijnen opleverde.
De waarnemingen werden gedaan op een radiogolflengte van 1,3 millimeter. Het is voor het eerst dat waarnemingen op deze korte golflengte met zulke lange basislijnen zijn gedaan. Bij de waarnemingen werd een scherpte of resolutie van slechts 28 microboogseconden bereikt – ongeveer 8 miljardste van een graad. Dit maakt het mogelijk om details te onderscheiden die maar liefst twee miljoen keer zo klein zijn als wat het menselijk oog kan zien. Bij deze beeldscherpte kunnen details van minder dan een lichtjaar bij de quasar worden waargenomen – een opmerkelijke prestatie voor een doelwit op een afstand van miljarden lichtjaren. De waarnemingen vormen een nieuwe mijlpaal op weg naar het zichtbaar maken van de directe omgeving van superzware zwarte gaten. Het is de bedoeling om in de toekomst nog meer telescopen op deze manier met elkaar te verbinden, om tot de zogeheten Event Horizon Telescope te komen. De Event Horizon Telescope zal de schaduw van het superzware zwarte gat in het centrum van ons Melkwegstelsel en van dat in andere nabije sterrenstelsels in beeld kunnen brengen. Deze schaduw – een donker gebied dat afsteekt tegen een helderdere achtergrond – wordt veroorzaakt door de afbuiging van licht door het zwarte gat: het zou het eerste rechtstreekse bewijs zijn voor het bestaan van de waarnemingshorizon van een zwart gat – de grens waar voorbij zelfs licht niet meer kan ontsnappen.
Het experiment – het resultaat van drie jaar hard werken op de 5000 meter hoge Chajnantor-hoogvlakte in de Chileense Andes, waar de luchtdruk slechts ongeveer de helft is van die op zeeniveau – was een primeur: nooit eerder nam APEX deel aan VLBI-waarnemingen. Om APEX geschikt te maken voor VLBI hebben wetenschappers uit Duitsland en Zweden nieuwe digitale data-aquisitiesystemen en een uiterst nauwkeurige atoomklok geïnstalleerd, evenals datarecorders die onder de moeilijke omstandigheden ter plaatse uren achtereen 4 gigabits per seconde kunnen vastleggen (6). De gegevens – 4 terabyte per telescoop – werden op harde schijven naar Duitsland overgebracht en verwerkt door het Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn.
De succesvolle deelname van APEX is ook om een andere reden van belang. De telescoop staat op dezelfde plek en maakt gebruik van dezelfde technologie als de nieuwe Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) (7). De nog in aanbouw zijnde ALMA-telescoop zal uiteindelijk bestaan uit 54 schotelontvangers die net zo groot zijn als APEX (12 meter) plus twaalf kleinere schotels (7 meter). Momenteel wordt onderzocht of het mogelijk is om ALMA met het netwerk te verbinden. Door toevoeging van het enorme totale oppervlak van de ALMA-schotels zouden de waarnemingen een tien keer zo grote gevoeligheid bereiken als bij deze eerste tests. En dat zou de schaduw van het superzware zwarte gat van de Melkweg binnen het bereik van toekomstige waarnemingen brengen.
Noten
(1) APEX is een samenwerkingsproject van het Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), het Onsala Space Observatory (OSO) en ESO. Het beheer van APEX op Chajnantor is toevertrouwd aan ESO. APEX is een voorloper van de submillimetertelescoop van de volgende generatie: de nog niet geheel voltooide Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), die momenteel op dezelfde hoogvlakte in bedrijf is.
(2) Het Event Horizon Telescope-project is internationaal samenwerkingsverband, gecoördineerd door het MIT Haystack Observatory (VS).
(3) De Submillimeter Array (SMA) op Mauna Kea (Hawaï) bestaat uit acht schotelontvangers met een middellijn van 6 meter. Het instrument wordt beheerd door het Smithsonian Astrophysical Observatory (VS) en het Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (Taiwan).
(4) De 10 meter grote Submillimeter Telescope (SMT) op Mount Graham (Arizona) wordt beheerd door het Arizona Radio Observatory (ARO) in Tucson (VS).
(5) Met sommige indirecte technieken, zoals microlensing (zie heic1116) en interstellaire scintillatie, zijn nóg kleinere details gezien, maar dit is een record voor directe waarnemingen.
(6) Deze systemen werden gelijktijdig ontwikkeld in de VS (MIT-Haystack Observatory) en in Europa (MPIfR, INAF – Istituto di Radioastronomia Noto VLBI Station en HAT-Lab). De uiterst nauwkeurige atoomklok is een waterstofmaserklok van T4Science, zoals die ook al bij de SMT en de SMA in gebruik was.
(7) De Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), een internationale astronomische faciliteit, is een samenwerkingsproject van Europa, Noord-Amerika en Oost-Azië, met medewerking van de Republiek Chili. ESO is de Europese partner in ALMA.
Meer informatie
Het jaar 2012 staat in het teken van de vijftigste verjaardag van de oprichting van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO). ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door vijftien landen: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen: VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die uitsluitend is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. ESO is ook de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. Daarnaast bereidt ESO momenteel de bouw voor van de Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), een telescoop van de 40-meterklasse die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
